مقدمه و بررسی عبارت‌نویسی مرز توسعه‌یافته در ANSYS Fluent

در بسیاری از مسائل مهندسی سیالات و انتقال حرارت، فرض ثابت بودن شرایط مرزی پاسخ‌گوی رفتار واقعی سیستم نیست. در چنین شرایطی لازم است شرایط مرزی به‌صورت پویا و وابسته به زمان، مکان یا متغیرهای جریان تعریف شوند.

نرم‌افزار ANSYS Fluent این امکان را از طریق عبارت‌نویسی مرز توسعه‌یافته (Advanced Boundary Condition Expression) فراهم می‌کند که نقش مهمی در افزایش دقت و واقع‌گرایی شبیه‌سازی‌ها دارد.

عبارت‌نویسی مرز توسعه‌یافته به کاربر اجازه می‌دهد که به‌جای وارد کردن یک مقدار عددی ثابت، روابط ریاضی، پروفیل‌های مکانی یا توابع زمانی را برای ورودی‌ها، خروجی‌ها و دیواره‌ها تعریف کند.


مفهوم عبارت‌نویسی در Fluent

عبارت‌نویسی در فلوئنت به معنای تعریف شرایط مرزی به شکل:

  • تابعی از زمان
  • تابعی از مختصات مکانی
  • تابعی از پارامترهای حل (سرعت، دما، فشار و …)
  • یا ترکیبی از موارد فوق

است. این قابلیت مخصوصاً در مسائل زیر اهمیت دارد:

  • جریان‌های ناپایا (Unsteady Flow)
  • ورودی‌های غیر یکنواخت یا توسعه‌یافته
  • جریان‌های چرخان و متحرک
  • شرایط مرزی واقعی صنعتی و آزمایشگاهی


۳. انواع روش‌های عبارت‌نویسی در Fluent

به‌طور کلی، عبارت‌نویسی مرز توسعه‌یافته در Fluent از سه مسیر اصلی انجام می‌شود:

۳–۱. Expression (عبارت مستقیم ریاضی)

ساده‌ترین و سریع‌ترین روش برای تعریف شرایط مرزی متغیر.


ویژگی‌ها:

  • بدون نیاز به برنامه‌نویسی
  • مناسب روابط ساده
  • دسترسی مستقیم به متغیر زمان (time) و مختصات (x, y, z)

۳–۲. Profile (پروفیل مکانی از داده)

در این روش، مقدار متغیر به‌صورت جدول‌بندی‌شده در یک فایل تعریف می‌شود و بر روی مرز اعمال می‌گردد.

کاربردها:

  • پروفیل سرعت ورودی غیر یکنواخت
  • توزیع دمای واقعی اندازه‌گیری‌شده
  • شرایط مرزی تجربی

۳–۳. UDF (User Defined Function)

پیشرفته‌ترین روش عبارت‌نویسی در Fluent که با زبان C نوشته می‌شود.

مزایا:

  • انعطاف‌پذیری کامل
  • وابستگی هم‌زمان به زمان، مکان و متغیرهای جریان
  • مناسب شبیه‌سازی‌های پیچیده مانند LES، RSM، جریان‌های چرخان

۴. تفاوت مرز ساده و مرز توسعه‌یافته

ویژگی مرز ساده مرز توسعه‌یافته
مقدار مرز ثابت متغیر
وابستگی زمانی ندارد دارد
وابستگی مکانی ندارد دارد
واقع‌گرایی محدود بالا
دقت شبیه‌سازی متوسط بالا

۵. مثال‌های کاربردی عبارت‌نویسی مرز توسعه‌یافته

  • سرعت ورودی سینوسی برای شبیه‌سازی ضربان جریان
  • شار حرارتی کاهشی در طول زمان
  • شرط مرزی چرخش دیواره با سرعت زاویه‌ای تابع زمان
  • پروفیل سرعت کاملاً توسعه‌یافته در ورودی لوله

۶. اهمیت عبارت‌نویسی در شبیه‌سازی‌های مهندسی

استفاده از عبارت‌نویسی مرز توسعه‌یافته باعث:

  • افزایش دقت نتایج عددی
  • کاهش خطای مدل‌سازی
  • نزدیک شدن رفتار عددی به شرایط واقعی
  • امکان تحلیل سناریوهای پیچیده عملیاتی

می‌شود.

جمع‌بندی

عبارت‌نویسی مرز توسعه‌یافته در ANSYS Fluent ابزار کلیدی برای مدل‌سازی دقیق شرایط مرزی غیرثابت است. با استفاده از Expression، Profile یا UDF می‌توان شرایط واقعی سیستم‌ها را با سطح بالایی از انعطاف و دقت در شبیه‌سازی پیاده‌سازی کرد. این قابلیت به‌ویژه در مسائل ناپایا، جریان‌های چرخان و انتقال حرارت پیشرفته، نقش اساسی دارد.

کلیدواژه ها : ANSYS Fluent-عبارت‌نویسی-شرایط مرزی پیشرفته-Advanced Boundary Conditions-Expression-UDF-Profile-جریان ناپایا